生物技术前沿一周纵览(2014年6月13日)

2014-06-28 | 作者: 基因农业网 | 标签: 生物技术前沿一周纵览

观察植物细胞3D结构的新方法

研究人员采用一种新方法观察植物细胞,他们将离子束的精度与电子束的成像能力相结合,在微米级分辨率放大图像。将聚焦离子束扫描电子显微镜(FIB-SEM)应用于生物学研究尚属新的探索,研究人员首次对其性能进行优化,用于植物细胞成像,并得到了漂亮的植物细胞器灰度图像。当研究人员将开发出的方法用于拟南芥的种子、叶、茎、根和花瓣细胞类型作图时,也获得了极好的选图。电子显微镜产生的图像,放大倍数和分辨率比光学显微镜产生的图像更高,因为电子比可见光具有更短的波长。离子束能穿透组织样本,能以前所未有的精确度将样本切成薄片。将这两种技术结合起来,可以提供其他方法无法实现的独特图像。只出现在二维视图中的亚细胞结构实现三维可视化。在这项工作中,材料科学为其他领域的研究人员打开了一扇新的大门。(生物通,Applications in Plant Sciences)

解开植物精细胞形成之谜

开花植物需要两个精子细胞才能成功受精:一个精子细胞与卵细胞结合产生胚胎,另一个精子细胞与第二细胞结合产生种子内部营养丰富的胚乳。“双受精”过程的神秘在于,每一个花粉粒是如何能够产生两个精子细胞的。研究人员发现了称为DAZ1和DAZ2的一对基因,对于两个精子细胞的制造,起着必不可少的作用。具有DAZ1和DAZ2突变的植物所产生的花粉粒,只有一个精子细胞。DAZ1和DAZ2是由DUO1蛋白控制,因此DUO1和DAZ1/DAZ2基因同步发挥作用,来控制一个基因网络,该基因网络可确保每个花粉粒中形成两个有繁殖能力的精子。并且,还发现DAZ1和DAZ2基因通过与一个在植物中有许多作用的“知名”阻遏蛋白(TOPLESS)合作来发挥其作用。DAZ1和DAZ2基因的发现,有可能应用于开发新的植物育种技术,来防止基因在作物之间、或作物与野生物种之间进行不必要的传递,或水平基因转移。这项新的研究结果也产生了新的遗传工具和思考方式,监测环境压力对生殖过程的影响。对于未来培育优良作物以在气候变化条件下保持产量,此类信息可能变得越来越重要。(Plant Cell

GWAS分析水稻代谢组变异遗传和生物化学基础

植物生成大量化学和生物各异的化合物。这些植物代谢产物不仅对于植物自身至关重要,它们与环境之间的相互影响也为人类提供了必不可少的营养、能量和医药资源。以往对于水稻代谢性状的遗传结构研究还是基于利用双亲物种进行数量性状遗传位点(QTL)连锁作图。尽管提供了一些有价值的信息,但这种方法显然无法扩展用于调查大量不同种质资源之间巨大的变异。研究人员采用GWAS对840种代谢产物进行了全面的分析,并对来自529个不同的栽培稻品种的约640万SNPs进行了进一步的代谢组学分析mGWAS分析。以高分辨率鉴别出了数百个常见变异,它们影响许多具有大影响的次生代谢产物。还发现不同水稻亚种间代谢产物自然变异存在极大的差异,并揭示出了潜在的遗传结构。通过挖掘数据鉴别出了36个与代谢调控相关的候选基因,对5个影响某些代谢性状的候选基因进行了功能注释。新研究提供了关于水稻代谢组变异遗传和生物化学基础的一些新认识,并为水稻改良提供了一个强有力的补充工具。(Nature Genetics

发现大豆生育期新基因E9

大豆的生育期是由控制大豆开花期和成熟期的主效基因及数量性状位点(QTLs)决定的,这些基因中丰富的自然变异导致了大豆的广适应性,克隆控制大豆生育期的新基因并解析它们起作用的分子机理对于提高大豆产量具有非常重要的意义。研究人员在栽培大豆(Tokei 780,晚花表型)和野生大豆(Hidaka 4,早花表型)的杂交群体中发现了一个控制大豆开花期和成熟期的新基因。通过亲本的2个回交群体F2,F3后代的分离比率判断早花表型是由一个单显性基因控制的,该基因被命名为E9。E9随后被精细定位到16号染色体上介于标记M5和M7之间245 kb区间内。其中分子标记ID1的等位变异类型与F2群体的开花期及成熟期变化显著相关,表明了ID1为E9基因的连锁标记。该新基因(E9)的精细定位及连锁标记(ID1)的开发对于高纬度地区大豆的稳产及早熟品种的分子标记辅助育种具有理论和实际意义。(Crop Science

金黄色葡萄球菌感染宿主新机制

金黄色葡萄球菌是医院感染的主要病原菌之一,能引起多种致命疾病。其表面大量存在的粘附因子SraP是富含丝氨酸重复序列的糖蛋白,通过配体结合区负责识别宿主细胞表面的受体分子。研究组通过对金黄色葡萄球菌粘附因子SraP配体结合区的晶体结构分析,发现SraP的配体结合区是由四个功能模块组成的一个伸展的长棒状结构,其N端的L-Lectin模块特异性地结合N-乙酰神经氨酸,负责介导SraP识别上皮细胞的表面受体,进而帮助金黄色葡萄球菌侵染宿主细胞,其C端的三个模块通过结合钙离子维持整体结构的相对刚性,从而将N端的L-Lectin模块伸展至细菌细胞壁外以发挥粘附功能。该研究揭示了金黄色葡萄球菌粘附宿主上皮细胞的一种新型分子机制,为理解金黄色葡萄球菌的致病机理提供了重要的理论依据,同时为开发针对金黄色葡萄球菌的新型疫苗或者抗生素提供新的线索和思路。(PLOS Pathogens

猪的长链非编码RNA研究取得进展

长链非编码RNA(lncRNA)是一类长度大于200nt的RNA分子,起初被认为是基因组的转录“噪音”。近年来研究表明,lncRNA参与X染色体失活、干细胞干性的维持、转录调节、表观遗传学调控等多种重要的生物过程。其中,lincRNA(基因间区lncRNA)是一类重要的lncRNA。猪是重要的家养动物和医学大动物模型。然而,猪的lincRNA的注释数量极少,以及lincRNA是否参与家养动物的驯化尚不清楚。研究人员通过整合NCBI EST数据和已发表的RNA-seq数据,鉴定了4515个lincRNA基因(6621个lincRNA转录本)。通过分析家猪和野猪的大脑表达数据,发现30个lincRNA基因在家猪和野猪大脑表现为表达差异,可能与从野猪到家猪的驯化行为转变有关,其中linc-sscg2561可能参与调控性情相关基因DNMT3A。该研究为猪的基因组学研究以及家养动物驯化的分子机制研究提供重要信息。(Genome Biology and Evolution

DNA甲基化与去甲基化的表观遗传新机制

在植物中,DNA甲基化不仅是重要的表观遗传标志,也是植物逆境响应的重要机制。DNA甲基化的水平主要是由甲基化和去甲基化这两个方向来调控。在植物中DNA去甲基化是通过去甲基化酶ROS1家族介导的碱基切除修复机制来实现的。ROS1介导的DNA去甲基化在转基因、转座因子和某些内源基因的调控中起至关重要的作用。然而,到目前为止尚没有任何关于ros1突变植物发育表型的报道。研究人员发现在拟南芥ros1突变体中,肽配体基因EPF2的启动子区域发生了超甲基化,这大大降低了EPF2的表达,由此导致了过度生成气孔世系细胞的一种表型。在模式植物拟南芥中,DNA甲基化的建立主要依赖RNA介导的DNA甲基化途径,这种被称为RdDM的作用途径能通过植物特异性的DNA依赖性RNA聚合酶IV(PolIV),转录靶标序列,生成24-nt siRNA,启动功能。研究人员发现,RNA介导的DNA甲基化信号通路中的某些基因发生突变可以恢复ros1突变体中的EPF2基因表达,抑制表皮发育图式缺陷。这些结果表明,活性DNA去甲基化对抗了RNA介导的DNA甲基化的活性,由此影响了气孔世系细胞生成。(Nature Communications

绵阳基因组序列公布

绵羊((Ovis aries)是牛科绵羊属草食性反刍家畜。野生绵羊驯化为家畜始于8000年前的新石器时代,发源地在中亚细亚,以后逐渐向世界各地扩展。在前期遗传标记分析驯化历史的基础上,研究人员完成了绵羊的基因组测序,并通过与其它哺乳动物的基因组序列进行比较,构建了一个分别比较绵羊、山羊、牛、牦牛、猪、马及其他物种的系统发育树,从中解释了绵羊特殊消化系统及绵羊独特脂肪代谢过程(用于维持其厚实、毛茸茸的皮毛)的基因进行了准确的定位。研究发现绵羊与山羊和其它反刍类动物是在数百万年前分开的。研究人员还在绵羊中发现了先前未被认识的基因,包括那些帮助支持维护羊毛所需的油脂分泌的基因。将其在其它动物中的同源物相比,发现了在如瘤胃等不同组织中表达的基因。这些基因在瘤胃的演化过程中获得了新的功能。这项研究揭示了与反刍动物中饮食、消化系统及代谢间相互作用有关的主要的基因组识别标志。由于绵羊是一种重要的农业动物物种,该工作的结果将为这种动物的未来研究提供关键性的资源。(Science

来源:基因农业网

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